CN103752298A - 一种纳米级光触媒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米级光触媒及其制备方法，包括二氧化钛、分散剂、稳定剂、无机胶、表面活性剂和去离子水；其制备方法包括如下步骤：a)将破碎和研磨后的二氧化钛、分散剂、无机胶和表面活性剂充分混合；b)用纳米液体制备装置将混合液粉碎至纳米级造粒后进行煅烧；c)对煅烧后的颗粒进行二次破碎和研磨后，制取纳米级分散液；d)最后加入稳定剂形成纳米级光触媒。本发明提供的纳米级光触媒及其制备方法，利用物理手段经过两次破碎研磨和造粒煅烧制取纳米级分散液，通过无机胶和表面活性剂保证纳米级金属氧化物颗粒大小在可见光波段就可发挥光触媒作用，并且附着力强，保证产品的持久性。

Description

一种纳米级光触媒及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米材料及其制备方法，尤其涉及一种纳米级光触媒及其制备方法，属于化工催化剂领域。

背景技术

光触媒是一种纳米级的金属氧化物材料(二氧化钛比较常用)，它涂布于基材表面，干燥后形成薄膜，在光线的作用下，产生强烈催化降解功能：能有效地降解空气中有毒有害气体；能有效杀灭多种细菌，抗菌率高达99.99％，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理；同时还具备除臭、抗污等功能。具体效果如下：

1)空气净化

光触媒产品核心成分锐钛矿相纳米TiO2受光后生成氢氧自由基，与空气中有机物质反应后既生成无毒的无机物，高效分解甲醛、苯、氨气等，将其转化成CO2和H2O，氧化去除大气中的氮氧化物、硫化物，以及各类臭气等，起到空气净化作用。TiO2在紫外光及500NM波长以下可见光激发条件下就可高效降解有害气体，对室内主要的气体污染物甲醛、苯系物等的研究结果表明，光触媒产品可有效地降解这些有机物，净化空气。

2)除臭

光催化剂对香烟臭、厕所臭、垃圾臭、动物臭等具有明显的除臭功效。其脱臭能力根据欧美国家权威实验室测试，1cm2的光催化剂与高性能纤维活性碳比较，其脱臭能力为后者的150倍，相当于500个活性碳冰箱除臭剂，且无二次公害。

3)杀菌

光催化剂的超强氧化能力可破坏空气中细菌的细胞膜，使细菌质流失至死亡，凝固病毒的蛋白质，抑制病毒的活性，对浮游于空气中的大肠杆菌、黄色葡萄球菌等具有杀菌功效，其能力高达99.997％。且对于引发90％的气喘、过敏性疾病的罪魁祸首尘螨，可完全除去。而且在杀菌的同时还能彻底分解由细菌尸体上释放出的有害复合物，这是所有杀菌剂都无法做到的。但TiO2微粒本身对微生物和细胞无毒性，已经被FDA认证，可作为食品添加剂使用。

4)防霉、防污

防止油污、灰尘等产生。霉菌、黄碱及铁锈和涂染面褪色等现象，同样具有防止其产生的功效。

5)净化

具有水污染的净化及水中有机有害物质的净化功能，且表面具有超亲水性，有防雾、易洗、易干的效能。

6)抗紫外线

由于光催化剂具有极强紫外线吸收能力，并将这种光能转化为化学能，因而，具有抗紫外及防止褪色、老化等功能。

在日本，很多营业用车辆每月都要进行一次消毒工作。但是凡使用纳米二氧化钛光催化剂处理后的车辆。在5年内不必再做任何消毒工作。目前日本已有超过两万辆的汽车接受过光催化剂处理。新车出厂前使用光催化剂处理，可以有效除去新车刺鼻的味道及毒性，大大提高驾驶感受和健康保障。日产汽车的cima以及丰田汽车的carolla，其侧视镜就经过了二氧化钦处理，具有特殊的防雾功能。

虽然光触媒具有上述众多优点，但是光触媒在实际使用中还存在如下几个问题：

1)如何保证产品的持久性

光触媒的主要作用是TiO₂在受到阳光或荧火灯的紫外线照射后，内部电子—一空穴对激励，产生具有强氧化分解活性氢氧(羟)基原子团，在光的作用下可降解几乎所有的附着在氧化钛表面的各种有机物，如氢化物、氮氧化物、硫化物，但如何使产品的稳定性与活性保持纳米特性，使得光催化作用更稳定，更持续，同时基本无衰减一直是个技术难题。

2)如何克服必须在紫外光照下才能激发光催化作用的技术瓶颈

众所周知，纳米概念早在几十年前就被提出，现在市场上也有很多的“纳米”概念的产品，但是物质的纳米特性却很难被真正释放体现。主要原因在于：市场上现有的光触媒产品，本身所含TIO₂小于3％，而且又是化学反应制取，物质的真实粒径是难以被真正衡量的，纳米是物理概念，只有颗粒小于150纳米(美国标准)的物质才叫纳米物质。而现有光触媒产品动辄标称5～10纳米，实际却往往难于达到。

3)附着力

光触媒产生效应的前提是必须存在，所以光触媒产品的附着力是一个很重要的指标，用于汽车内饰除味，就必须附着在汽车内饰上，用于室内，就必须附着在墙面上等等。

此外，现有的光触媒产品基本以载银，铜包覆等化学方法制取，本身的制造过程就不环保，而且现有的光触媒因为产品的制取工艺限制，光敏化技术达不到理想状态，所以只能在紫外光波长以内发生，而日光中只含有3％的紫外光，而大多数的节能灯因为发光机制所限，又不含有紫外波段的光，所以现有的光触媒产品基本不能发挥其有效光催化作用。因此，现有光触媒的产品往往要额外配紫外灯，使用不便，且不节能环保。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米级光触媒及其制备方法，能够保证纳米级金属氧化物颗粒大小在可见光波段就可发挥光触媒作用，并且附着力强，保证产品的持久性。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种纳米级光触媒，其包括按重量百分比计的如下原料：

二氧化钛：20-42％；

分散剂：0-1.2％；

稳定剂：0-1.6％；

无机胶：0.5-2.3％；

表面活性剂：0-1.16％；

余量为去离子水。

作为优选方案，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂。

作为优选方案，所述阴离子表面活性剂为羧酸盐类、磺酸盐类、硫酸酯类或磷酸酯类活性剂。

本发明为解决上述技术问题还提供一种上述纳米级光触媒的制备方法，包括如下步骤：a)将破碎和研磨后的二氧化钛、分散剂、无机胶和表面活性剂充分混合；b)用纳米液体制备装置将混合液粉碎至纳米级造粒后进行煅烧；c)对煅烧后的颗粒进行二次破碎和研磨后，使得颗粒大小小于150纳米，制取纳米级分散液；d)最后加入稳定剂形成纳米级光触媒。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的纳米级光触媒及其制备方法，利用物理手段经过两次破碎研磨和造粒煅烧制取纳米级分散液，通过无机胶和表面活性剂保证纳米级金属氧化物颗粒大小在可见光波段就可发挥光触媒作用，并且无机胶具有流平性，与TIO2复配后具有纳米产品的透明性，不破坏使用环境的美观，无视觉残留，却能形成一层纳米疏水膜，附着力强，不会被雨水冲刷，不会被清洁时去除，从而保证产品的持久性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不仅局限于实施例。

实施例1：

将二氧化钛：200g；无机胶：5g破碎、研磨后加入787ml去离子水充分混合；

用纳米液体制备装置将混合液粉碎至纳米级造粒后进行煅烧；

对煅烧后的颗粒进行二次破碎和研磨后，使得颗粒大小小于150纳米，在10～65摄氏度区间制取纳米级分散液；

最后加入8g稳定剂形成1000ml纳米级光触媒。

实施例2：

将二氧化钛：420g；分散剂：12g；无机胶：23g；表面活性剂：11.6g破碎、研磨后加入517.4ml去离子水充分混合；

用纳米液体制备装置将混合液粉碎至纳米级造粒后进行煅烧；

对煅烧后的颗粒进行二次破碎和研磨后，使得颗粒大小小于150纳米，在10～65摄氏度区间制取纳米级分散液；

最后加入16g稳定剂形成1000ml纳米级光触媒。

其中，无机胶可选用磷酸盐、氧化物、硅酸盐、硼酸盐和硫酸盐等多种。分散剂可均一分散那些难于溶解于液体的无机，有机颜料的固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的药剂；具体可选择脂肪酸类、脂肪族酰胺类和酯类。表面活性剂优先选择阴离子表面活性剂，如羧酸盐类、磺酸盐类、硫酸酯类或磷酸酯类活性剂。稳定剂可以减慢反应，保持化学平衡，降低表面张力，防止光、热分解或氧化分解等作用，具体可选择铅盐类或复合稳定剂。

本发明提供的纳米级光触媒，光催化剂一经光照，原料中二氧化钛的电子便会从价电带跃迁至导电带，在光触媒表面形成电子(e-)电洞(h+)对，带负电的电子与氧结合产生负氧离子(O2-)，带正电的电洞与水结合产氢氧自由基(.OH)，这两者在化学上都是极不稳定的物质，当有机物质(碳氢化合物)接触到光触媒表面时，便会分别和负氧离子及氢氧自由基结合，重新组合成二氧化碳(CO2)和水(H2O)。这一连串的反应，化学上称为「氧化还原反应」。透过氧化还原反应，当将光催化剂应用在生活、工作空间中时，便能有效分解气味分子和细菌、病毒等微生物，达到洁净室内环境、创造清新空气的效果。

本发明提供的纳米级光触媒及其制备方法，利用物理手段经过两次破碎研磨和造粒煅烧制取纳米级分散液，使产品的稳定性与活性保持了纳米特性；通过无机胶和表面活性剂保证纳米级金属氧化物颗粒大小在可见光波段就可发挥光触媒作用，光催化作用更稳定，更持续，同时基本无衰减，真正做到了只要有光就能进行光催化，而且是可见光400～500纳米波段就可发挥光触媒的作用。因此，家里的壁橱，卫生间死角，都可以使用，而不需要额外配备紫外灯

本发明提供的纳米级光触媒，采用的无机胶具有流平性，与TIO2复配后具有纳米产品的透明性，不破坏使用环境的美观，无视觉残留，却能形成一层纳米疏水膜，附着力强，不会被雨水冲刷，不会被清洁时去除，从而保证产品的持久性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (4)

1.一种纳米级光触媒，其特征在于，包括按重量百分比计的如下原料：

二氧化钛：20-42％；

分散剂：0-1.2％；

稳定剂：0-1.6％；

无机胶：0.5-2.3％；

表面活性剂：0-1.16％；

余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的纳米级光触媒，其特征在于，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂。

3.根据权利要求1所述的纳米级光触媒，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为羧酸盐类、磺酸盐类、硫酸酯类或磷酸酯类活性剂。

4.一种如权利要求1所述的纳米级光触媒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)将破碎和研磨后的二氧化钛、分散剂、无机胶和表面活性剂充分混合；

b)用纳米液体制备装置将混合液粉碎至纳米级造粒后进行煅烧；

c)对煅烧后的颗粒进行二次破碎和研磨后，使得颗粒大小小于150纳米，制取纳米级分散液；

d)最后加入稳定剂形成纳米级光触媒。